一種無線傳感網絡網關與網關之間的中繼通信方法

2023-06-07 13:22:31

一種無線傳感網絡網關與網關之間的中繼通信方法
【專利摘要】本發明涉及一種無線傳感網絡的網關與網關之間的中繼通信方法，通過分析命令數據包中的目的通信地址，由網關軟體自動控制切換無線數傳模塊的上行、下行信道來實現數據中繼傳輸，達到擴大無線傳感網絡覆蓋範圍的目的。具有以下有益效果：在無線傳感網絡建設中採用中繼通信技術方案，很好地解決受信號發射功率限制、通信距離近的應用難題，有效擴大無線傳感網絡的覆蓋範圍；利用普通無線數傳模塊、對其工作信道自動控制切換實現無線傳感網絡的中繼通信，不需要專用硬體設備和開發複雜通信協議，系統開發和建設簡便易行。
【專利說明】一種無線傳感網絡網關與網關之間的中繼通信方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種通信方法，尤其是一種應用於無線傳感網絡領域實現採集數據大 範圍、遠距離傳輸方法，具體地說是一種無線傳感網絡的網關與網關之間的中繼通信方法。

【背景技術】
[0002] 無線傳感網絡可以廣泛應用於軍事國防、工農業生產、城市管理、環境監測、搶險 救災、危險區域遠程監控等許多重要領域。但受制於分配工作頻點無線信號發射功率較低 (最大只有數十dBm)，以及應用環境中物體的相互阻擋等實際困難，使得採集數據的遠距 離（大於數百米）無線傳輸的實際應用要求很難得到滿足。
[0003] -種可行的延長無線通信距離的方法是採用中繼通信，即在信息傳遞的發起端和 最終接收端之間增加無線中繼器，相鄰無線中繼器之間的距離並不遠，而傳輸數據在無線 中繼器之間可以依次逐級傳遞，從而增加無線通信距離，達到擴大無線傳感網絡覆蓋範圍 的目的。
[0004] 但目前市面上可供選擇的無線中繼通信實現方案都存在設備複雜、成本高、功耗 大等缺點，很難找到一種簡便易用、適用於無線傳感網絡應用需求的低成本建設方案。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的在於提供一種無線傳感網絡網關與網關之間的中繼通信方法，在無 線傳感網絡已有的無線通信網關（以下簡稱無線網關或網關）硬體設備基礎上，只要修改 其控制軟體，即可增加無線通信中繼功能，簡單易行、系統建設成本低。
[0006] 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種無線傳感網絡網關與網關之間 的中繼通信方法，包括以下步驟：
[0007] A、每個無線網關都被事先分配一個通信識別地址，在同一個無線傳感網絡內，各 網關通信地址互不相同，即通信地址具有唯一性；
[0008] B、每個無線網關都含有一個無線數傳模塊，通過這個無線數傳模塊，無線網關與 上位機和其它無線網關之間進行採集數據的上傳和控制命令的下達通信；
[0009] C、無線數傳模塊的工作信道可以控制切換，當本級網關與上位計算機或上一級網 關通信時，網關MCU把無線數傳模塊的工作信道切換為上行信道；當與下一級網關通信時， 無線數傳模塊的工作信道被切換為下行信道；
[0010] D、在無線傳感網絡建設階段，把各無線網關的工作參數設置到其內部參數存儲單 元（EEPR0M)中保存；需要設置保存的網關工作參數如下：a、本網關通信地址，b、經本網關 中繼的其它網關的通信地址，c、上行信道編號，d、下行信道編號；
[0011] E、上位機讀取各無線網關中的數據時，把所有網關等同對待，直接下發數據讀取 命令。
[0012] 本發明具有以下有益效果：1、在無線傳感網絡建設中採用中繼通信技術方案，很 好地解決受信號發射功率限制、通信距離近的應用難題，有效擴大無線傳感網絡的覆蓋範 圍；
[0013] 2、利用普通無線數傳模塊、對其工作信道自動控制切換實現無線傳感網絡的中繼 通信，不需要專用硬體設備和開發複雜通信協議，系統開發和建設簡便易行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是本發明無線網關組成框圖。
[0015] 圖2是本發明無線網關中繼通信軟體流程圖。
[0016] 圖3是本發明無線中繼通信網絡拓撲示意圖。
[0017] 圖4是本發明命令數據包格式圖。

【具體實施方式】
[0018] 以下是本發明的具體實施例，對本發明的技術方案做進一步描述，但是本發明的 保護範圍並不限於這些實施例。凡是不背離本發明構思的改變或等同替代均包括在本發明 的保護範圍之內。
[0019] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
[0020] 本發明無線傳感網絡的網關與網關之間的中繼通信方法，通過分析命令數據包中 的目的通信地址，由網關軟體自動控制切換無線數傳模塊的上行、下行信道來實現數據中 繼傳輸，達到擴大無線傳感網絡覆蓋範圍的目的。
[0021] 圖1為本發明無線網關組成框圖，無線網關由中央處理單元（MCU)l、參數存儲單 元（EEPR0M) 2、按鍵與顯示模塊3、無線傳感通信模塊4、無線數傳模塊5、電源模塊6等部分 組成。中央處理單元1為無線網關的控制、管理中心，它通過SPI或UART接口與其它單元 /模塊進行通信，發出控制命令，接收和處理響應數據。參數存儲單元2負責保存設置的網 關工作參數，掉電時參數不丟失。按鍵與顯示模塊3既可以用來人工按鍵設定修改工作參 數，也可以切換顯示網關各運行狀態信息。無線傳感通信模塊4負責與所管理的無線傳感 器進行通信，採集監測數據。無線數傳模塊5負責與上位機或相鄰（上級/下級）網關的 無線數傳模塊進行無線通信，最終完成把網關採集數據上傳至上位機。電源模塊6負責為 整個網關提供穩定的電源供應。
[0022] 本發明無線網關的關注重點是無線數傳模塊5,要求其具有多個無線工作信道，中 央處理單元1通過UART接口既可以收發通信數據包，也可以控制其工作信道的切換。理論 上無線數傳模塊5的工作信道個數越多，可中繼通信級聯的層數越多。在工程應用時，通常 設定位於同一級的無線網關的上行信道相同、下行信道也相同。
[0023] 圖2為本發明無線網關中繼通信軟體流程圖，流程說明如下：
[0024] 1、網關軟體初始化時從參數存儲單元2中讀取配置工作參數，主要參數有：（1)網 關通信地址AddressCode，（2)經本網關中繼的其它網關通信地址列表RelayAddressList， (3)與上位機或上一級網關通信的上行信道UpChannel，（4)與下一級網關通信的下行信道 DownChannel〇
[0025] 2、程序啟動正常後，首先控制切換無線數傳模塊5工作於上行信道UpChannel。
[0026] 3、等待接收上位機的下達命令。上位機下發命令數據包由目的地址、命令代碼、參 數長度、命令參數、校驗和這幾個部分組成，其格式如圖4所示。
[0027] 4、如果收到上位機下達命令，則根據命令數據包中的目的地址 DestinationAddress判斷作如下處理：
[0028] (1)如果是發送給本網關的命令，則根據命令要求，立即應答回傳響應數據；
[0029] (2)如果是發送給本網關下級網關的命令，則軟體自動切換無線數傳模塊5工作 於下行信道DownChannel，並把上位機命令向下一級轉發（此時為中繼下行），然後等待接 收下級網關的應答數據包。如果在規定時間內收到應答數據包，則軟體把無線數傳模塊5 的工作信道再次切換回上行信道UpChannel，並把下級應答數據轉發出去（此時為中繼上 行）。如果在規定時間內未收到下級網關應答數據包，則判斷為超時異常，軟體強制把無線 數傳模塊5的工作信道切換為上行信道UpChannel。
[0030] (3)如果所收到命令既不是發送給本網關，也不是發送給本網關的下級網關，則丟 棄。
[0031] 5、上述處理結束後，跳轉到步驟（3)，並一直循環工作下去。
[0032] 圖3為本發明無線中繼通信網絡拓撲示意圖，該網絡拓撲圖為典型的倒樹形結構 圖。對不意圖說明如下：
[0033] 1、上位機7為網絡的樹根，通過與其連接的無線數傳模塊8向網絡中所有無線網 關發送命令數據包，並接收和處理無線網關應答返回的響應數據包；
[0034] 2、像樹枝或樹葉一樣，網絡中的任意一個網關與上位機（樹根）之間的通信鏈路 是唯一的。
[0035] 3、每個網關事先被分配一個唯一可識別的通信地址；實施例圖3中共有7個無線 網關，其通信地址分別為1、2.....7。其中通信地址為：1、2、6的3個網關需要擔當中繼器 的角色，而3、4、5、7這4個網關不需要擔當中繼任務。
[0036] 4、具有中繼功能後，無線網絡變為多層網絡，離上位機7越遠的網關的層級越高， 通信需要經過中繼的次數越多。例如，通信地址為7的網關處於第3層，與上位機之間的通 信需要經過通信地址為2、6的兩個網關中繼。
[0037] 5、各網關的工作參數需要事先配置保存到其內部參數存儲單元2中。實施例圖3 中各網關的配置參數如下表：
[0038]

【權利要求】
1. 一種無線傳感網絡網關與網關之間的中繼通信方法，其特徵在於，包括以下步驟： A、 每個無線網關都被事先分配一個通信識別地址，在同一個無線傳感網絡內，各網關 通信地址互不相同，即通信地址具有唯一性； B、 每個無線網關都含有一個無線數傳模塊，通過這個無線數傳模塊，無線網關與上位 機和其它無線網關之間進行採集數據的上傳和控制命令的下達通信； C、 無線數傳模塊的工作信道可以控制切換，當本級網關與上位計算機或上一級網關通 信時，網關MCU把無線數傳模塊的工作信道切換為上行信道；當與下一級網關通信時，無線 數傳模塊的工作信道被切換為下行信道； D、 在無線傳感網絡建設階段，把各無線網關的工作參數設置到其內部參數存儲單元 (EEPROM)中保存；需要設置保存的網關工作參數如下：a、本網關通信地址，b、經本網關中 繼的其它網關的通信地址，c、上行信道編號，d、下行信道編號； E、 上位機讀取各無線網關中的數據時，把所有網關等同對待，直接下發數據讀取命令。
【文檔編號】H04W84/18GK104301906SQ201410624780
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月7日 優先權日:2014年11月7日
【發明者】張華 , 趙瑞成 申請人:濟南銀澳科技有限公司